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第一章金属及合金的晶体结构一、名词解释：1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。4．晶胞：构成晶格的最基本单元。5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。二、填空题：1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。9．位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的。10．在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(102)、(102)、(210)、(210)、(201)、(201)、(012)、(012)、(021)、(021)、等晶面。11．点缺陷有空位、间隙原子和置换原子等三种；属于面缺陷的小角度晶界可以用亚晶界来描述。三、判断题：1．固溶体具有与溶剂金属相同的晶体结构。（√）2．因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。（×）3．金属多晶体是由许多位向相同的单晶体组成的。（×）4．因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。（√）5．在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。（√）6．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。（×）7．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（√）四、选择题：1．组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为：（b）a．相；b．组元；c．合金。2．正的电阻温度系数的含义是：（b）a．随温度升高导电性增大；b．随温度降低电阻降低；c．随温度增高电阻减小。3．晶体中的位错属于：（c）a．体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。4．亚晶界是由：（b）a．点缺陷堆积而成；b．位错垂直排列成位错墙而构成；c．晶界间的相互作用构成。5．在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是：（b）a．100；b．110；c．111。6．在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：（b）a．｛100｝；b．｛110｝；c．｛111｝。7．α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型：（b）a．面心立方和体心立方；b．体心立方和面心立方；c．均为面心立方；d．均为体心立方8．固溶体的晶体结构与相同。（a）a．溶剂；b．溶质；c．其它晶型。9．间隙相的性能特点是：（c）a．熔点高，硬度低；b．硬度高，熔点低；c．硬度高，熔点高五、问答题：1．常见的金属晶格类型有哪几种？回答要点：1）体心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和中心各有一个原子。2）面心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。3）密排六方晶格；其晶胞是一个立方六柱体，在六方柱体的各个角上和上下底面中心各排列着一个原子，在顶面和底面间还有三个原子。2．金属化合物具有什么样的性能特点？回答要点：熔点高、硬度高、脆性大。3．指出下面四个晶面和四个晶向的指数填写在对应的括号内。BxFDAyCz(100)(110)(112)(111)A:[100]B:[110]C:[201]D:[111]4．标出图2-1中给定的晶面指数与晶向指数：晶面OO′A′A、OO′B′B、OO′C′C、OABC、AA′C′C、AA′D′D；晶向OA、OB、OC、OD、OC′、OD′。答：晶面OO′A′A：（010）；晶面OO′B′B：（110）；晶面OO′C′C：（100）；晶面OABC：（001）；晶面AA′C′C：（110）；晶面AA′D′D：（210）。晶向OA：[100]；晶向OB：[110]；晶向OC：[010]；晶向OD：[120]；晶向OC′：[011]；晶向OD′：[122]。5．在立方晶胞中标出以下晶面和晶向：晶面DEE′D′：（210）；晶面DBC′：（111）or（111）晶向D′E′：[120]；晶向C′D：[011]。第二章金属及合金的相图一、名词解释：1．枝晶偏析：固溶体合金结晶时，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。结果造成在一个晶粒内化学成分分布不均，这种现象称为枝晶偏析或晶内偏析。2．中间相：金属化合物也叫中间相，是不同组元间发生相互作用，形成了不同于任一组元的具有独特原子排列和性质的新相，这种新相可以用分子式来大致表示其组成，但这种分子式不一定符合传统化学价的概念。3．固溶强化：通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。4．脱溶反应：α’→α+β，式中α’是亚稳定的过饱和固溶体，β是稳定的或亚稳定的脱溶物，α是一个更稳定的固溶体，晶体结构和α’一样，但其成分更接近平衡状态。5．包晶偏析：包晶转变的产物β相包围着初生相α，使液相与α相隔开，液相和α相中原子之间的相互扩散必须通过β相，这就导致了包晶转变的速度往往是极缓慢的。实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中的原子扩散往往不能充分进行，导致生成的β固溶体中发生较大的偏析，称之为包晶偏析。二、填空题：1．固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度高。2．Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为{111}。3．固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。4．以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称电子化合物。5．共晶反应式为Ld←→αc+βe，共晶反应的特点是发生共晶反应时三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡的进行。三、判断题：1．间隙固溶体一定是无限固溶体。（×）2．间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。（√）3．平衡结晶获得的20%Ni的Cu-Ni合金比40%的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。（×）4．在共晶相图中，从L中结晶出来的β晶粒与从α中析出的βⅡ晶粒具有相同的晶体结构。（√）5．一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由三相组成。（×）四、选择题：1．在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分：（b）a．相同；b．确定；c．不定。2．共析成分的合金在共析反应γ→α+β刚结束时，其组成相为：（d）a．γ+α+β；b．γ+α；c．γ+β；d．α+β3．一个合金的组织为α+βⅡ+（α+β），其组织组成物为:（b）a．α、β；b．α、βⅡ、（α+β）；c．α、β、βⅡ。4．具有匀晶型相图的单相固溶体合金：（b）a．铸造性能好；b．锻压性能好；c．热处理性能好；d．切削性能好5．二元合金中，共晶成分的合金：（a）a．铸造性能好；b．锻造性能好；c．焊接性能好；d．热处理性能好五、问答题：1．熟悉Pb-Sn二元合金相图，1）分析几类成分的合金的平衡结晶过程；画出室温平衡组织式意图；标上各组织组成物。2）熟悉杠杠定律在合金组织组成物的相对量计算中的运用。2．（略）第三章金属与合金的结晶一、名词解释：1．结晶：纯金属或合金由液体转变为固态的过程。2．重结晶：也叫二次结晶，是金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程，改变了晶体结构。3．过冷度：理论结晶温度（T0）和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差。4．变质处理：在浇注前向金属液中加入少量变质剂促进形核的处里工艺。二、填空题：1．金属结晶时，冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度越大。2．纯金属的结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是形核和长大。3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是促进形核，细化晶粒。4．液态金属结晶时，结晶过程的推动力是自由能差（△F）降低，阻力是自由能增加。5．能起非自发生核作用的杂质，必须符合结构相似、尺寸相当的原则。6．过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度之差，其表示符号为△T。7．过冷是结晶的必要条件。8．细化晶粒可以通过增加过冷度、添加变质剂和附加振动等途径实现。9．典型铸锭结构的三个晶区分别为：表面细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。三、判断题：1．纯金属的结晶过程是一个恒温过程。（√）2．液态金属只有在过冷条件下才能够结晶。（√）3．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（×）4．室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。（×）5．金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。（√）6．纯金属结晶时，生核率随冷度的增加而不断增加。（×）7．当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。（√）8．当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。（×）9．当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多面体。（×）10．在工程上评定晶粒度的方法是在放大100倍的条件，与标准晶粒度图作比较，级数越高，晶粒越细。（√）11．过冷度的大小取决于冷却速度和金属的本性。（√）四、选择题：1．金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：（b）a．越高；b．越低；c．越接近理论结晶温度。2．为细化晶粒，可采用：（b）a．快速浇注；b．加变质剂；c．以砂型代金属型。3．实际金属结晶时，通过控制生核速率N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得细小晶粒：（a）a．N/G很大时；b．N/G很小时；c．N/G居中时。4．纯金属结晶过程处在液-固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度：（b）a．更高；b．更低；c；相等；d．高低波动5．液态金属结晶时，（c）越大，结晶后金属的晶粒越细小。a．形核率N；b．长大率G；c．比值N／G；d．比值G／N五、问答题：1．金属结晶的必要条件是什么？过冷度与冷却速度有何关系？回答要点：过冷是金属结晶的必要条件。过冷度越大，冷却速度越快。2．简述纯金属的结晶过程。回答要点：纯金属的结晶过程是在冷却曲线上的水平线段内发生的。它是异构不断形成晶核和晶核不断长大的过程。当温度降至结晶温度时，液态金属中某些部位的原子首先有规则的排列成细小的晶体，成为晶核，也称自发晶核。另外，某些外来的难熔质点也可充当晶核，形成非自发晶核，随着时间的推移，已形成的晶核不断长大，与此同时，又有新的晶核形成、长大，直至金属液全部凝固。凝固结束后，各个晶核长成的晶粒彼此接触。3．试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。回答要点：曲线中出现“平台”是因为在结晶过程中放出的结晶潜热与散失的热量平衡，因而结晶过程是在同一个温度下进行的。4．金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长速度受到哪些因素的影响？回答要点：金属由液体转变为固体的过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。晶核的形成率受△T和杂质的影响，成长速度受△T的影响。5．在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施回答要点：由于过冷度越大，晶粒越细，因而能增加过冷度的措施